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계통 연계형 인버터의 정지좌표전류제어 및 외란제거 제어알고리즘 설계
Design of stationary reference frame current and disturbance rejection control algorithms for a grid connected inverter 원문보기

전기전자학회논문지 = Journal of IKEEE, v.24 no.1, 2020년, pp.154 - 160  

김성현 (Department of Electrical Engineering, Jeonbuk National University) ,  이재석 (Department of Electrical Engineering, Jeonbuk National University)

초록
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본 논문에서는 계통연계인버터용 정지좌표기반 전류제어알고리즘을 제안한다. PI 제어기는 계통 연결 인버터의 전류 제어기로 사용되고 있다. 정지좌표기반 PI 제어기를 사용할 경우, AC 신호 제어로 인하여 정상 상태 오류와 위상지연현상이 발생한다. 본 논문에서는 전향보상기를 추가하여 명령 추적 성능을 높이고 과도 응답을 개선하는 방법을 제안한다. 또한 계통 전압을 외란으로 사용하여 계통 오류 발생 시 시스템을 보호하기 위해 외란을 측정 및 제거하는 제어 방법을 제안한다. 제안된 제어 방법은 수학적으로 유도하고 전달 함수로 표현하였으며 시뮬레이션을 통하여 검증하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper presents a grid current control algorithm for a grid connected inverter (GCI) system in a stationary reference frame. When a Proportional Integral (PI) controller at a stationary reference frame is used in a GCI system, steady state error and phase lags are presented because AC signals ar...

주제어

#Stationary reference frame PI control   #Command feedforward control   #Disturbance rejection control   #Grid-Connected Inverter  

표/그림 (14)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 지락 또는 단락과 같은 계통사고 시 계통과 GCI에 과전류가 발생하고 과전류 정도에 따라 GCI가 파손되거나 트립이 발생한다. 본 논문에서는 외란제거 제어알고리즘을 통하여 외란에 대한 시스템의 제어성능(동강성 향상 및 과전류 감소 등)을 향상시키는 방법(외란제거제어기)을 제안하였다.

가설 설정

  • 외란제거성능은 그림 10의 고압 측 3상 단락사고를 가정하여 제어기의 성능을 확인하였다. 저압 측에 계통연계형인버터가 변압기를 거쳐 고압 측 계통과 연결된 것을 볼 수 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
제어시스템의 성능을 나타내는 지표에는 무엇이 있는가? 제어시스템의 성능을 나타내는 지표는 (11)과 같은 지령추종성능(command tracking performance)와 더불어 단위출력신호변화를 위해 요구되는 외란의 크기를 나타내는 지표인 동강성(dynamic stiffness)가 있다. 즉 동강성이 크다는 것은 출력신호를 변화시키기 위한 외란의 크기가 커야된다는 것을 의미하므로 시스템의 동강성이 커짐에 따라 외란의 영향의 덜 받는 것을 의미한다.
동기좌표기반 PI제어기는 d축과 q축 신호 사이에 cross coupling이 발생하고, 좌표변환 시 계통전압의 위상정보가 필요하기 때문에 무엇을 사용하여야 하는가? 동기좌표기반 PI제어기는 DC신호를 제어함으로써 정상상태 오차를 줄일 수 있지만 d축과 q축 신호 사이에 cross coupling이 발생하고, 좌표변환 시 계통전압의 위상정보가 필요하기 때문에 Phase lockedloop(PLL)을 사용하여야 한다. 동기좌표전류제어를위한 두 번의 좌표변환을 위하여 불안정한 전압을 PLL로 추정할 경우에 추정된 계통위상에 오차가 발생한다.
계통 연계형 인버터는 어떤 역할을 담당하고 있는가? 여러 분산전원이 계통에 연결되면서 계통이 더욱 복잡해짐에 따라 계통 연계형 인버터(Grid Connected inverter, GCI)의 역할이 더 중요시 되고 있다[1, 2]. GCI는 전류제어, 계통 동기화, 전력품질, 사고 시 전원보호 등의 역할을 담당한다. 이러한 역할을 효과적으로 수행하기 위해 여러 가지 제어 방법이 개발되고 있다.
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참고문헌 (11)

  1. S. N. Singh, J. Ostergaard and N. Jain, "Distributed Generation in Power Systems: An Overview and Key Issues," In 24rth Indian Engineering Congress, 2009. 

  2. J. Rocabert, A. Luna, F. Blaabjerg and P. Rodriguez, "Control of power converters in AC microgrid," IEEE Transactions on Power Electronics, Vol.27, No.11, pp.4734-4749, 2012. DOI: 10.1109/TPEL.2012.2199334 

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  3. E. Twining and D.G. Holmes, "Grid current regulation of a three-phase voltage source inverter with an LCL input filter," IEEE Transactions on Power Electronics, Vol.18, No.3, pp.888-895, 2003. DOI: 10.1109/TPEL.2003.810838 

    상세보기

  4. R. Kadri, Jean-Paul Gaubert and G. Champenois, "An Improved Maximum Power Point Tracking for Photovoltaic Grid-Connected Inverter Based on Voltage-Oriented Control," IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol.58 , No.1, pp.66-75, 2011. DOI: 10.1109/TIE.2010.2044733 

    상세보기 crossref

  5. L. Ma, A. Luna, J. Rocabert, R. Munoz, F. Corcoles and P. Rodriguez, "Voltage feed-forward performance in stationary reference frame controllers for wind power applications," in Proc. 2011 Int. Conf. IEEE Power Engineering, Energy and Electrical Drives (POWERENG), pp.1-5, 2011. DOI: 10.1109/PowerEng.2011.6036416 

  6. N. B. Lai and K. H. Kim, "An Improved Current Control Strategy for a Grid-Connected Inverter under Distorted Grid Conditions," Energies, Vol. 9, p.190, 2013. DOI: 10.3390/en9030190 

  7. K. D. Young, V. I. Utkin, U. Ozguner, "A control engineer's guide to sliding mode control," IEEE Transactions on Control Systems Technology, Vol.7, No.3, pp.328-342 19990 DOI: 10.1109/87.761053 

  8. P. Cortes, M. P. Kazmierkowski, R. M. Kennel, D. E. Quevedo and J, Rodriguez, "Predictive Control in Power Electronics and Drives," IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol.55, No.12, pp.4312-4324, 2008. DOI: 10.1109/TIE.2008.2007480 

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  9. D. Chen, J. Zhang and Z. Qian, "An Improved Repetitive Control Scheme for Grid-Connected Inverter With Frequency-Adaptive Capability," IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol.60, No.2, pp.814-823, 2013. DOI: 10.1109/TIE.2012.2205364 

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  10. F. Blaabjerg, R. Teodorescu, M. Liserre and A. V. Timbus, "Overview of control and grid synchronization for distributed power generation systems," IEEE Transactions on industrial electronics, Vol.53, No.5, pp.1398-1409, 2006. DOI: 10.1109/TIE.2006.881997 

    상세보기 crossref

  11. X, Zhao and L, Chang, "Active and reactive power decoupling control of grid-connected inverters in stationary reference frame," Chinese Journal of Electrical Engineering, Vol.3, No.3, pp.18-24, 2017. DOI: 10.23919/CJEE.2017.8250420 

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